利用多尺度蒙特卡罗模拟研究乳腺摄影中腺体组织的能量沉积

摘要： 目的：在乳腺X线摄影背景下，研究乳房腺体组织在宏观与微观尺度上的能量沉积情况。方法：建立包含分割体素化宏观组织结构及九个嵌入乳房组织、内含显式建模细胞区域的乳房多尺度模型。采用30kVp钼/钼光谱，通过蒙特卡罗技术计算含腺体/脂肪组织的毫米级体素剂量及细胞尺度的能量沉积。感兴趣区域（ROI）包含至少1000个乳腺上皮细胞和200个脂肪细胞，在乳腺上皮细胞核内计算比释动能（单位质量吸收能量，吸收剂量的随机模拟量）。结果：分割乳房组织的宏观剂量分布显示能量沉积随深度和组织结构存在显著差异，含腺体组织体素的剂量为平均腺体剂量（MGD，全乳平均值）的0.1至4倍。微观尺度上，乳腺上皮细胞核的平均比释动能较对应腺体体素剂量高30%。由于辐射的随机性，ROI内细胞群能量沉积存在显著波动：当典型腺体体素剂量为4mGy时，乳腺上皮细胞核比释动能的标准差达均值的85%。因此对于乳房中心4mGy的腺体体素剂量，对应细胞核比释动能最高可达9mGy（考虑比释动能1σ标准差上限），而距辐射源近2cm的ROI区域比释动能最高可达40mGy。乳腺上皮细胞核内的能量沉积对细胞模型细节（包括元素组成和核尺寸）敏感，凸显真实细胞模型的重要性。结论：乳腺X线摄影在宏观与微观尺度均存在显著能量沉积差异，部分乳房区域的腺体体素剂量及相应细胞核比释动能远超MGD。传统聚焦单一指标（如MGD）的乳腺摄影辐射致癌风险评估应考虑这些结果。